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JP2001073748A - Cleaning and regeneration system and device for particulate filter for diesel engine exhaust gas - Google Patents

Cleaning and regeneration system and device for particulate filter for diesel engine exhaust gas

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Publication number
JP2001073748A
JP2001073748A JP25173399A JP25173399A JP2001073748A JP 2001073748 A JP2001073748 A JP 2001073748A JP 25173399 A JP25173399 A JP 25173399A JP 25173399 A JP25173399 A JP 25173399A JP 2001073748 A JP2001073748 A JP 2001073748A
Authority
JP
Japan
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dpf
exhaust gas
catalyst
particulates
nox
Prior art date
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Granted
Application number
JP25173399A
Other languages
Japanese (ja)
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JP3904768B2 (en
Inventor
Masatoshi Shimoda
正敏 下田
Mitsuru Hosoya
満 細谷
Hironobu Mogi
浩伸 茂木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hino Motors Ltd
Original Assignee
Hino Motors Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hino Motors Ltd filed Critical Hino Motors Ltd
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Publication of JP2001073748A publication Critical patent/JP2001073748A/en
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/0231Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using special exhaust apparatus upstream of the filter for producing nitrogen dioxide, e.g. for continuous filter regeneration systems [CRT]
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
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    • F01N2610/03Adding substances to exhaust gases the substance being hydrocarbons, e.g. engine fuel

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】ディーゼルエンジン排気ガス用パティキュレー
トフィルタ(DPF)再生装置を提供すること。 【解決手段】(1)DPFの上流側にNOx吸蔵還元触媒を
備えている排気ガス再循環(EGR)式のディーゼルエ
ンジンにおいて触媒再生のタイミングを遅延させると共
に,EGR、吸気調節バルブ、排気調節バルブ及び還元
剤の噴射添加の単独または適切な組合せ適用により、リ
ーン状態とリッチ状態とを切替え形成させるように制御
して、NOx吸蔵還元触媒及びDPFを再生可能とす
る;(2)DPF自体に燃焼助長触媒を担持;(3)上記(1)
と同様な装置においてNOx吸蔵還元触媒の代わりに貴
金属系酸化触媒を用い、還元剤噴射をせず、EGR、吸
気/排気調節を適切に組み合わせ適用することにより排
気ガス温度を制御;(4)上記(3)における貴金属系酸化触
媒を省いて同効果を得る;(5)NOx酸化触媒の低温時
のNO2発生不足をエンジンの噴射タイミングの切替え
によりNO2増量発生状態となして補償する;(6)NOx
酸化触媒にヒーター加熱手段を付加して低温時のNO2
発生不足を補償する。
(57) [Problem] To provide a particulate filter (DPF) regeneration device for diesel engine exhaust gas. In A (1) upstream NO to have the exhaust gas recirculation comprise a x storage-reduction catalyst (EGR) expression side diesel engine of the DPF along with delaying the timing of the catalyst regeneration, EGR, the intake control valve, exhaust control The NOx storage-reduction catalyst and the DPF can be regenerated by controlling the switching between the lean state and the rich state by applying the injection of the valve and the reducing agent alone or in an appropriate combination. (3) above-mentioned (1)
Using noble metal oxidation catalyst instead of the NO x storage reduction catalysts in the same device as used, without the reducing agent injection, EGR, control the exhaust gas temperature by suitably combining application of intake / exhaust control; (4) The same effect is obtained by omitting the noble metal-based oxidation catalyst in (3) above; (5) Compensating for the shortage of NO 2 generation at low temperature of the NOx oxidation catalyst by switching the injection timing of the engine to a state in which NO 2 increase is generated; (6) NOx
A heater heating means is added to the oxidation catalyst to reduce NO 2
Compensate for the shortage.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はディーゼルエンジン
からの排気ガスの処理に関し、殊にディーゼルエンジン
排気ガス用パティキュレートフィルタの目詰り防止ない
し該フィルタの再生(部分的なクリーニング処理を含
む。)の方式及びそのための装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the treatment of exhaust gas from a diesel engine, and more particularly to the prevention of clogging of a particulate filter for diesel engine exhaust gas or the regeneration of the filter (including a partial cleaning process). A method and an apparatus therefor.

【0002】[0002]

【従来の技術】ディーゼルエンジンからの排気ガス中の
パティキュレートを濾過除去するためにフィルタ(DP
F:DieselParticulateFilte
r)が排気管系中に設置、使用されてきている。このパ
ティキュレートは、主として燃料に由来するものであ
り、すす(soot)、有機溶媒可溶性有機物質(SO
F:solubleorganicfraction)
等からなる微粒子状の炭素質物質である。このようなパ
ティキュレートを排気ガスから捕捉除去するためのフィ
ルタとしては、耐熱性または耐火性材料のワイヤーメッ
シュ充填層;耐火物製、例えばコージェライト製の通気
性微細孔性隔壁を有するモノリス多管構造;金属骨格
(スケルトン)あるいは発泡体構造(例:ラニーニッケ
ルの如き連続気泡構造);のものなどがある。上記モノ
リス多管構造のものは、上流側端部を開口し、下流側端
部を閉じた管部(A)と、上流側端部を閉じ、下流側端
部を開口した管部(B)との両者を多数、一般的には交
互に配置してモノリシックに束ねた一体構造の形態であ
り、管部(A)〜(B)間の隔壁は、例えば厚さ1mm
程度で、微細孔性であり、気体がその隔壁を通り抜けら
れるようになっている。排気ガスは管部(A)の上流側
開口の方から入り、微細孔性隔壁を通り抜けて管部
(B)内に移行し、その下流側開口端部から流出する。
その際にパティキュレートは微細孔性隔壁によって実質
的に捕捉され、排気ガスから除かれることとなる。しか
しながら、このようなパティキュレート捕捉が長期間に
わたって継続すると、パティキュレートの堆積によって
微細孔性隔壁(フィルタ)に目詰りが生じ、排気ガスの
正常な排出が妨げられるるようになるという問題が起こ
る。かかる目詰まり現象は、ワイヤーメッシュ充填層フ
ィルタを採用した場合にはメッシュ間の隙間のところ
で、また骨格構造体フィルタの場合には細孔のところ
で、同様に生じる。従って、その様な目詰まりを予防
し、あるいは目詰まりしつつあるか、または目詰まりし
たフィルタを適時に、迅速にかつ効率的に再生しあるい
は少なくとも部分的にクリーニングして、常時良好かつ
必要なフィルタ濾過性能を維持して、排気ガスの円滑な
流動通過、排出を確保しなければならない。DPFのク
リーニング手段として、従来提案されているものには、
フィルタ本体に電気抵抗発熱線を設けて置き、炭素質堆
積物で汚染された時に通電してフィルタを加熱し、それ
により炭素質堆積物を燃焼除去する方法や、定期的ある
いは必要時にフィルタを気体(例:空気)流により逆洗
して炭素質堆積物を脱離除去してクリーニングを行い、
またその時に除去された炭素質物質粒を含む気体流を別
の所で燃焼条件に至らしめて、炭素質物質を燃焼除去し
てしまう方法などがあるが、ディーゼルエンジンにおい
て採用するには、いずれも実用的ではない。米国特許第
4、902、487号明細書には、フィルタ上に捕捉さ
れたパティキュレートに、酸化剤としてのNO2ガスを
400゜C以下の温度において接触させて、捕捉パティ
キュレートを燃焼(酸化)させ、炭素酸化物(CO2
CO)として除去することが記載され、またその酸化剤
として働くNO2は、排気ガス中のNOを、フィルタよ
りも上流側に配置した白金族金属触媒の作用でNO2
転化することにより得られることも示されている。特開
昭63−51947号明細書には、耐火性三次元構造体
あるいはその上に更に無機酸化物被膜を付けてなる担体
よりなるフィルタ上に、良熱伝導性金属メッキ(Cuま
たはAg)を施し、更にその上にPt,Pd,Rhの少
なくとも一種の貴金属の触媒メッキ層を形成してなるパ
ティキュレート燃焼用触媒フィルタが開示されている。
特開平3−213146号明細書には、耐熱多孔性フォ
ーム型の排ガス浄化用フィルタであって、入り口側の比
較的低密度でパティキュレートが入り込み易い部分と出
口側の高密度薄層のパティキュレート捕捉部分とからな
り、その全体に亘って、Cs;Cu;またはCe/L
a;の少なくとも一つの触媒成分を担持してパティキュ
レートの燃焼及びNOxの還元を行うフィルタが開示さ
れており、アルカリ金属と遷移金属と希土類元素がパテ
ィキュレートと共存することによる相乗効果が強調され
ている。
2. Description of the Related Art A filter (DP) is used to filter and remove particulates in exhaust gas from a diesel engine.
F: Diesel Particulate Filter
r) has been installed and used in exhaust pipe systems. The particulates are mainly derived from the fuel, soot, organic solvent-soluble organic substances (SO
F: Solubleorganicfraction)
And the like. Examples of filters for trapping and removing such particulates from exhaust gas include a wire mesh packed layer of a heat-resistant or fire-resistant material; a monolithic multi-tube having a breathable microporous partition made of a refractory material, for example, cordierite. Structure; metal skeleton (skeleton) or foam structure (eg, open cell structure such as Raney nickel). The monolithic multi-tube structure has a tube portion (A) having an upstream end opened and a downstream end closed, and a tube (B) having an upstream end closed and a downstream end opened. Is a monolithic structure in which a large number of both are generally arranged alternately and bundled in a monolithic manner. The partition wall between the pipe portions (A) and (B) has a thickness of, for example, 1 mm.
To the extent that they are microporous so that gas can pass through the partition. Exhaust gas enters from the upstream opening of the pipe (A), passes through the microporous partition wall, moves into the pipe (B), and flows out from the downstream opening end.
At that time, the particulates are substantially trapped by the microporous partition and are removed from the exhaust gas. However, when such particulate capture continues for a long period of time, a problem arises that the deposition of particulates causes clogging of the microporous partition wall (filter) and prevents normal exhaust gas emission. . Such a clogging phenomenon similarly occurs at a gap between meshes when a wire mesh packed bed filter is employed, and at a pore in a skeletal structure filter. Therefore, preventing such clogging or regenerating or at least partially cleaning the clogging or clogged filter in a timely, fast and efficient manner is always good and necessary. The filtration performance must be maintained to ensure smooth flow of exhaust gas and discharge. Conventionally proposed DPF cleaning means include:
The filter body is equipped with an electric resistance heating wire, and when it is contaminated with carbonaceous deposits, it is energized to heat the filter, thereby burning off the carbonaceous deposits. (Example: air) Backwash with a stream to remove and remove carbonaceous deposits for cleaning,
In addition, there is a method in which the gas flow containing the carbonaceous material particles removed at that time is brought to a combustion condition in another place, and the carbonaceous material is burned and removed. Not practical. U.S. Pat. No. 4,902,487 discloses that particulate matter captured on a filter is contacted with NO 2 gas as an oxidizing agent at a temperature of 400 ° C. or less to burn the captured particulate (oxidation). ) And carbon oxides (CO 2 ,
It is described to be removed as CO), and NO 2 acting as an oxidizing agent is obtained by converting NO in exhaust gas to NO 2 by the action of a platinum group metal catalyst disposed upstream of the filter. Is also shown. JP-A-63-51947 discloses that a highly heat-conductive metal plating (Cu or Ag) is formed on a filter made of a refractory three-dimensional structure or a carrier having an inorganic oxide film further coated thereon. And a catalyst filter for particulate combustion in which a catalyst plating layer of at least one noble metal of Pt, Pd, Rh is formed thereon.
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 3-213146 discloses a heat-resistant porous foam type exhaust gas purifying filter, which is composed of a relatively low-density part at the entrance side where particulates can easily enter and a high-density thin layer at the exit side. And Cs; Cu; or Ce / L throughout.
(a) discloses a filter that carries at least one catalyst component of (a) to burn particulates and reduce NOx, and emphasizes a synergistic effect caused by the coexistence of an alkali metal, a transition metal, and a rare earth element with the particulates. ing.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、DPF
の実用性あるクリーニング手段について鋭意研究、検討
を重ねることにより、本発明を完成するに至った。すな
わち、本発明はディーゼルエンジン排気ガス中に含まれ
るパティキュレートを濾過除去するのに用いられるフィ
ルタを、ディーゼルエンジンの全運転条件域にわたり効
率的に浄化することができ、パテキュレートの堆積によ
るフィルタの有害な目詰まりを容易に予防し、パティキ
ュレートの有効な除去を確保すると共にエンジン運転に
支障を与えない良好な濾過特性を常時維持できるように
する、実用性ある手段及び装置を提供することをその主
要な目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present inventors have proposed a DPF
The present invention has been completed by earnestly studying and examining the practical cleaning means. That is, the present invention can efficiently purify a filter used for filtering and removing particulates contained in a diesel engine exhaust gas over the entire operating condition range of the diesel engine, and the filter by the accumulation of the particulates can be used. A practical means and apparatus for easily preventing harmful clogging, ensuring effective removal of particulates, and constantly maintaining good filtration characteristics that do not hinder engine operation. Its main purpose is to.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明の第一の態様によ
れば、排気ガスの一部を吸気管へ戻す排気ガス再循環
(EGR)方式のディーゼルエンジンにおいて、吸気管
系に吸気調節バルブを備え;排気管系には排気ガス再循
環通路、排気調節バルブ、還元剤供給系の内の一つまた
は複数、NOx吸蔵還元触媒、排気ガス中のパティキュ
レートを濾過除去するためのDPF(ディーゼルパテキ
ュレートフィルタ)を直列に備え;(1)通常のリーン
状態での運転中にNOx吸蔵還元触媒によってNOを主
としてNO2の形に酸化してその触媒に吸蔵せしめ、さ
らにこのリーン状態での運転を継続してNOx吸蔵還元
触媒の吸蔵能力を越えて吸蔵させてNO2の破過を生じ
るようにして、その破過NO2を酸化剤として作用させ
て下流にあるDPF上に捕捉されているパティキュレー
トを酸化除去し、所望のDPFクリーニングを達成した
時点で、このリーン状態での運転を終了し、(2)次い
で、吸気調節バルブ、EGR,排気調節バルブ、還元剤
導入の内の一つまたはそれ以上の手段によってリッチ状
態運転へと切り替え、そうすることにより既にNOx吸
蔵触媒に吸蔵されているNO2を還元除去してNOx吸
蔵還元触媒を再生させ、その再生が完結した時に、再び
上記の(1)リーン状態下での運転継続及びNO2破過
によるDPFクリーニングへ戻り、次いで(2)のリッ
チ状態下でのNOx還元吸蔵触媒再生を行うサイクルを
繰り返すことを特徴とするNOx吸蔵還元触媒併置式D
PFクリーニング装置を提供する。上記(1)の内のN
2破過によるクリーニング所要時間は、数十秒のオー
ダー、例えば約30〜60秒程度で十分であり、また
(2)のリッチ状態下での触媒再生の所要時間は、例え
ば5秒以下の短い時間で足りる。従来、ディ−ゼルエン
ジン排気ガスの浄化のためにNOx吸蔵還元触媒を使用
することは、公知である。そのような触媒は、例えば、
アルミナからなる担体に白金(酸化触媒成分)及びバリ
ウム(吸蔵剤成分)を担持して構成されている。リーン
状態での運転時には、排気ガス中のNOxが上記触媒に
接触するとNO2の形に酸化されて、そこに吸蔵され
る。ここで生じる化学過程は、典型的には、NO+O2
⇒NO2で表される。従来、その触媒の吸蔵能力の限界
が近くなった時点(NOxセンサにより検知できる。)
で、NO2による吸蔵触媒の破過(breakthro
ugh)を防ぐ目的で、リーン状態からリッチ状態へ切
り替えることが行われてきている。この切り替えによ
り、排気ガス中に還元性物質(例えば、炭化水素類、還
元剤、一酸化炭素等)が存在するようになり、吸蔵NO
2が還元性物質の作用でN2にまで還元されて吸蔵触媒か
ら放出され、かくして吸蔵触媒の吸蔵能力が回復される
(すなはち、吸蔵触媒が再生される)。この場合の反応
の例としては、例えばNO2+HC+CO⇒N2+CO2
+H2Oを挙げることができ、ここにHC(炭化水素)
及びCO(一酸化炭素)は還元性物質である。本発明で
は、NO2によるNOx吸蔵触媒の破過(あるいは、漏
出;breakthrough)が起きる前に吸蔵触媒
の再生を行ってきた上記の従来技術と異なり、吸蔵触媒
の再生のタイミングを意図的に遅らせることにより、N
2による吸蔵触媒の破過をある時間にわたって許容す
る。吸蔵触媒を破過したNO2は、DPFに捕捉された
パティキュレート(炭素質物質;C)に対して酸化剤と
して作用し、例えば、NO2+C(パティキュレート)
⇒N2+CO2の如き反応によって、堆積パティキュレー
トを酸化・除去し、かくしてこの様なNO2破過の状態
を暫く続ければDPFのクリーニングが都合よく達成さ
れる。DPFの所望の程度のクリーニングが達成された
ならば、通常のリーン状態での運転に切り替えられる。
DPFのクリーニングの完結度は、例えばDPFの下流
側に設置したNOxセンサでモニタリングして、主とし
て検知することができる。この場合に対照用NOxセン
サを適所に増設して、クリニーニング完結度のより正確
なモニタリングが可能である。本発明の上記態様の最も
重要な特徴は、従来は回避されるべきとされてきたNO
2の吸蔵触媒破過を後続の汚染DPFのクリーニング再
生のために有効に利用する点にある。本発明の上記第一
の態様の実施装置の具体例を図1により説明する。図1
に示した装置では、ディーゼルエンジン1からマニホル
ドを経て排気管2が延び、その途中からEGR管3が分
岐し、エンジンの吸気管16ヘ戻りEGR通路を形成し
ている。EGR管は、途中にEGR調節バルブ4を備え
ている。エアークリーナ17からエンジンへ向かう吸気
管16はEGR返還位置の上流側に吸気調節バルブ弁5
を備えている。EGR管を分岐させた後、排気管は更に
延びて、その途中に排気調節バルブ6及び還元剤供給管
13を、次いで温度センサ10を備え、それらの下流
に、NOx吸蔵還元触媒8及びDPF9を内臓してい
る。DPFの下流側にはNOxセンサ11が備えられて
いる。排気管は、最後に消音マフラを備えている。還元
剤供給管13は、ポンプ7を介して還元剤タンクから還
元剤(例えば、軽油)を供給される。エンジンには回転
センサ14及び負荷センサ15が設置され,検知データ
をコンピュータ12ヘ送っている。温度センサ10及び
NOxセンサ11も検知データをコンピュータ12へ送
っている。コンピュータはこれらの入力データに基づ
き、吸気調節バルブ5、EGR調節バルブ4、排気調節
バルブ6、還元剤供給ポンプ7のいずれかを単独または
適切な組合わせで作動させて必要なリーン状態またはリ
ッチ状態を形成し、また触媒再生に適切な温度条件を生
じさせる。上記の装置において、ディーゼルエンジン1
より排出されたNOx、パティキュレートは、排気管2
を通り、NOxはNOx吸蔵還元触媒8に吸蔵され、パ
ティキュレートはDPF9に捕捉される。NOx吸蔵還
元触媒8では、NOx、例えばNOは,主としてNO2
に酸化されて吸蔵されるが、その吸蔵限界付近またはそ
れを越えると、NO2の形で触媒出口に排出され(NO2
破過)、DPF上に捕捉のパティキュレートを酸化、浄
化する。一方、NOx吸蔵触媒8上の吸蔵NOxの存在
をNOxセンサによって推定し、触媒入口の温度が適切
であることをチエックしたうえで、リッチ状態を形成さ
せてNOx吸蔵触媒8の再生を実施する。この時に煙
(パティキュレート)がエンジンから排出されるが、D
PF9で捕捉され、これは前記のように適時に酸化、浄
化されるので不都合はない。
According to a first aspect of the present invention, in an exhaust gas recirculation (EGR) type diesel engine for returning a part of exhaust gas to an intake pipe, an intake control valve is provided in an intake pipe system. The exhaust pipe system includes one or more of an exhaust gas recirculation passage, an exhaust control valve, a reducing agent supply system, a NOx storage reduction catalyst, and a DPF (diesel) for filtering and removing particulates in exhaust gas. (1) NO is mainly oxidized into NO 2 by the NOx storage reduction catalyst during the operation in the normal lean state and occluded by the catalyst, and the operation in the lean state is further performed. continuing beyond the storage capacity of the NOx storage reduction catalyst is occluded by it so as to produce a breakthrough NO 2 a, DPF on with its breakthrough NO 2 downstream to act as an oxidizing agent When the trapped particulates are oxidized and removed and the desired DPF cleaning is achieved, the operation in the lean state is terminated. (2) Then, the intake control valve, EGR, exhaust control valve, and the introduction of the reducing agent switched to the rich-state operation by one or more of the means of the inner, already NO 2 stored in the NOx storage catalyst and reduced and removed to regenerate the NOx storage-reduction catalyst by doing so, the playback is completed Sometimes, the cycle of (1) returning to the DPF cleaning due to NO 2 breakthrough and the operation continuation under the lean state is repeated, and then the cycle of (2) regenerating the NOx reduction storage catalyst under the rich state is repeated. NOx storage reduction catalyst juxtaposition type D
Provided is a PF cleaning device. N in the above (1)
The time required for cleaning due to O 2 breakthrough is on the order of several tens of seconds, for example, about 30 to 60 seconds, and the time required for catalyst regeneration under the rich condition (2) is, for example, 5 seconds or less. Short time is enough. Conventionally, it is known to use a NOx storage reduction catalyst for purifying diesel engine exhaust gas. Such catalysts are, for example,
Platinum (oxidation catalyst component) and barium (occlusion agent component) are supported on a carrier made of alumina. During operation in the lean state, NOx in the exhaust gas is oxidized in the form of NO 2 in contact with the catalyst, and are inserted therein. The chemical process that takes place is typically NO + O 2
Represented by ⇒NO 2. Conventionally, when the limit of the storage capacity of the catalyst is near (it can be detected by the NOx sensor).
Then, breakthrough of the storage catalyst by NO 2 (breakthro
For the purpose of preventing the occurrence of the low state (high), switching from the lean state to the rich state has been performed. By this switching, reducing substances (eg, hydrocarbons, reducing agents, carbon monoxide, etc.) are present in the exhaust gas, and the stored NO
2 is reduced to N 2 by the action of the reducing substance and released from the storage catalyst, and thus the storage capacity of the storage catalyst is restored (that is, the storage catalyst is regenerated). As an example of the reaction in this case, for example, NO 2 + HC + CO → N 2 + CO 2
+ H 2 O, where HC (hydrocarbon)
And CO (carbon monoxide) are reducing substances. In the present invention, unlike the above-described prior art in which the NOx storage catalyst is regenerated before the breakthrough of the NOx storage catalyst due to NO 2 occurs, the regeneration timing of the storage catalyst is intentionally delayed. By the way, N
O 2 allows the storage catalyst to break through over a period of time. The NO 2 that has passed through the storage catalyst acts as an oxidizing agent on the particulates (carbonaceous substance; C) captured by the DPF, for example, NO 2 + C (particulates)
⇒ The deposition particulates are oxidized and removed by a reaction such as N 2 + CO 2 , and thus DPF cleaning can be conveniently achieved by continuing such NO 2 breakthrough state for a while. Once the desired degree of cleaning of the DPF has been achieved, operation is switched to normal lean operation.
The degree of completion of the cleaning of the DPF can be mainly detected, for example, by monitoring with a NOx sensor installed downstream of the DPF. In this case, the control NOx sensor can be added in place to more accurately monitor the degree of completion of the cleaning. The most important feature of the above aspect of the present invention is the NO.
The second point is that the storage catalyst breakthrough is effectively used for cleaning and regenerating the contaminated DPF. A specific example of the apparatus according to the first aspect of the present invention will be described with reference to FIG. FIG.
In the device shown in (1), the exhaust pipe 2 extends from the diesel engine 1 through the manifold, and the EGR pipe 3 branches off along the way to return to the intake pipe 16 of the engine to form an EGR passage. The EGR pipe includes an EGR control valve 4 on the way. An intake pipe 16 from the air cleaner 17 to the engine is located upstream of the EGR return position.
It has. After branching off the EGR pipe, the exhaust pipe further extends and is provided with an exhaust control valve 6 and a reducing agent supply pipe 13 in the middle thereof, and then a temperature sensor 10, and a NOx storage reduction catalyst 8 and a DPF 9 downstream thereof. Has built-in. A NOx sensor 11 is provided downstream of the DPF. The exhaust pipe is finally provided with a muffler muffler. The reducing agent supply pipe 13 is supplied with a reducing agent (for example, light oil) from a reducing agent tank via the pump 7. The engine is provided with a rotation sensor 14 and a load sensor 15, and sends detection data to the computer 12. The temperature sensor 10 and the NOx sensor 11 also send detection data to the computer 12. The computer operates any one of the intake control valve 5, the EGR control valve 4, the exhaust control valve 6, and the reducing agent supply pump 7 alone or in an appropriate combination on the basis of these input data to obtain a necessary lean state or rich state. And the appropriate temperature conditions for catalyst regeneration are created. In the above device, the diesel engine 1
NOx and particulates discharged from the exhaust pipe 2
, NOx is stored in the NOx storage reduction catalyst 8, and particulates are captured by the DPF 9. In the NOx storage reduction catalyst 8, NOx, for example, NO mainly contains NO 2
It is oxidized to but are inserted, beyond the vicinity of the occlusion limit, or it is discharged into the catalyst outlet in the form of NO 2 (NO 2
Breakthrough), oxidize and purify the particulates trapped on the DPF. On the other hand, the presence of stored NOx on the NOx storage catalyst 8 is estimated by a NOx sensor, and after checking that the temperature at the catalyst inlet is appropriate, a rich state is formed to regenerate the NOx storage catalyst 8. At this time, smoke (particulates) is discharged from the engine.
It is trapped by PF9, which is oxidized and purified in a timely manner as described above, so that there is no inconvenience.

【0005】図2に本発明の第一の態様による装置の実
施で観察されるリーン状態、リッチ状態での空燃比
(λ)(上段)及びNOx吸蔵還元触媒の出口側でのN
Ox(NO2)濃度(下段)の対時間の変化をパターン
線図で示す。約2を超える程度のλ値のリーン状態で通
常は運転されており、NOx吸蔵還元触媒からのNO2
破過が増加して、それの酸化剤としての作用によりDP
Fのクリーニングが迅速に、かつ余り高温度を必要とせ
ずに行われ、次いで空燃比値をリッチ状態に切替えて
(λ<1)、添加されるHC分等の還元性成分により、
NO2で飽和状態にあるNOx吸蔵還元触媒を還元再生
する。このリッチ状態の継続は、前述のように、数秒間
のオーダーの短時間で足りる。
FIG. 2 shows the air-fuel ratio (λ) (upper stage) in the lean state and the rich state observed in the implementation of the apparatus according to the first embodiment of the present invention, and N at the outlet side of the NOx storage reduction catalyst.
The change of the Ox (NO 2 ) concentration (lower) with respect to time is shown by a pattern diagram. Normally operating in a lean state with a λ value exceeding about 2, NO 2
Breakthrough increases and its action as an oxidizing agent causes DP
The cleaning of F is performed quickly and without requiring a very high temperature, and then the air-fuel ratio value is switched to a rich state (λ <1).
The NOx storage reduction catalyst is saturated reduction playback NO 2. As described above, the continuation of the rich state is sufficient in a short time on the order of several seconds.

【0006】図1に示した第一の態様では、排気ガスの
一部を再循環させるための再循環通路が触媒及びDPF
の上流側に設けられた排気ガス導入口を有しているが、
そのような排気ガス導入口をDPFの下流側に設けても
よく、同様なDPFクリーニング効果を達成できる。
In the first embodiment shown in FIG. 1, the recirculation passage for recirculating a part of the exhaust gas comprises a catalyst and a DPF.
Has an exhaust gas inlet provided on the upstream side of
Such an exhaust gas inlet may be provided downstream of the DPF, and a similar DPF cleaning effect can be achieved.

【0007】本発明の第二の態様によれば、ディーゼル
エンジンからの排気ガス中のパテキュレートを濾過除去
するために排気管系内に設けたフィルタ(DPF)自体
に捕捉パティキュレートを酸化燃焼させる触媒を担持さ
せてなるDPFクリーニング装置において、該触媒が
銀;銅及びその酸化物;ならびに銀、銅及びその酸化物
とセリアの組合せ;のいずれかを含むことを特徴とする
DPFクリーニング装置が提供される。該触媒は、白金
からなるものでもよく、また白金、銀、銅及びセリアの
組合わせからなるものでもよい。
According to a second aspect of the present invention, trapped particulates are oxidized and burned in a filter (DPF) provided in an exhaust pipe system for filtering and removing particulates in exhaust gas from a diesel engine. A DPF cleaning apparatus carrying a catalyst, wherein the catalyst includes any of silver; copper and its oxide; and a combination of silver, copper and its oxide and ceria. Is done. The catalyst may be composed of platinum or a combination of platinum, silver, copper and ceria.

【0008】この本発明第二態様のクリーニング装置
は、例えば、前述のようなコージェライト製の通気性微
細孔性隔壁を有するモノリス多管構造体の形のDPF
を、触媒金属化合物及びバインダーを含む水性スラリー
に浸漬し、引き揚げて乾燥、焼成するという一般的に公
知のディップコート法により調製できる。原料の触媒金
属化合物は、水溶性であるのが好ましい。例えば、硝酸
銀(AgNO3),硝酸銅[Cu(NO32]等であ
る。セリア(酸化セリウム)は、微粉末の形で使用され
る。バインダーは、好ましくはアルミナゾル、シリカゾ
ル等であり、当業者であれば容易に選択採用できよう。
The cleaning device according to the second aspect of the present invention is, for example, a DPF in the form of a monolithic multitubular structure having a gas-permeable microporous partition wall made of cordierite as described above.
Can be prepared by a generally known dip coating method of dipping in an aqueous slurry containing a catalytic metal compound and a binder, withdrawing, drying and baking. The starting catalytic metal compound is preferably water-soluble. For example, silver nitrate (AgNO 3 ), copper nitrate [Cu (NO 3 ) 2 ], and the like. Ceria (cerium oxide) is used in the form of a fine powder. The binder is preferably alumina sol, silica sol, or the like, and those skilled in the art can easily select and adopt the binder.

【0009】この態様のDPFに触媒を担持しないで、
捕捉パティキュレートを酸化燃焼させるためには、一般
的に、約600℃以上の温度が必要とされるが、このよ
うな高温度は通常のディゼルエンジン運転条件で発生す
ることは余りなく、全負荷域のみである。従って、例え
ば電熱手段によりDPFをそのような高温度にまで加熱
するか、あるいは排気ガスの温度がそのような高温度に
なる希な場合を除いて、捕捉パィテキュレートは、DP
Fから除去され得ない。しかるに、本発明のこの態様の
触媒担持DPFでは、パティキュレートの燃焼開始温度
が大幅に引き下げられ、ディーゼルエンジンの通常の運
転条件における排気ガス温度としてしばしば発生する範
囲と略一致する400〜450℃程度になってくること
が見出された。例えば、実験例において、銀担持DPF
ではパティキュレートの燃焼開始温度が約450℃であ
り、銅担持DPFでは燃焼開始温度が約430℃、銀/
銅/セリア担持DPFでは燃焼開始温度が約400℃で
あることが観察され、概略中負荷域から全負荷域にまで
及ぶ相当広い温度範囲でDPFの自己クリーニングをな
し得ることが知見された。この結果は、図8にグラフで
示されている。図8には、比較のために無担持DPFを
用いた場合の結果も併せて示してあり、図中の「ベース
ライン」とは、無担持DPFでの燃焼開始温度を意味す
るものであり、この値は、一般的にはほぼ550℃ない
し600℃の範囲内である。
[0009] Without loading a catalyst on the DPF of this embodiment,
Oxidation of trapped particulates generally requires temperatures of about 600 ° C. or higher, but such high temperatures are unlikely to occur under normal diesel engine operating conditions, and should not exceed full load. Area only. Thus, unless the DPF is heated to such a high temperature, for example by electric heating means, or the temperature of the exhaust gas is rarely such a high temperature, the trapped particulates are the DP particulates.
It cannot be removed from F. However, in the catalyst-supported DPF of this aspect of the present invention, the combustion start temperature of particulates is significantly reduced, and is approximately 400 to 450 ° C., which substantially coincides with the range that often occurs as the exhaust gas temperature under normal operating conditions of a diesel engine. Was found to be. For example, in an experimental example, a silver-loaded DPF
Is about 450 ° C. for particulates, and about 430 ° C. for copper-supported DPF,
It was observed that the combustion start temperature was about 400 ° C. in the copper / ceria-supported DPF, and it was found that the DPF could be self-cleaned in a considerably wide temperature range from a medium load range to a full load range. The result is shown graphically in FIG. FIG. 8 also shows the results when unsupported DPF was used for comparison, and the “baseline” in the figure means the combustion start temperature in unsupported DPF, This value is generally in the range of approximately 550 ° C to 600 ° C.

【0010】しかして、本発明の第二態様による特殊触
媒担持DPFクリーニング装置は、DPFの自己クリー
ニングに関して、通常のディゼルエンジンの運転条件下
での排気ガス温度範囲の可なりの部分をカバーすること
ができる。しかしながら、この態様のクリーニング装置
は、必要に応じて、前記の公知の電熱手段によるクリー
ニングや気体流による逆洗クリーニングを補助的に併用
し、DPFクリーニング可能温度範囲を(特に低温側
へ)拡張し、その実用性を高めることができる。たとえ
補助的に電熱手段によるクリーニング装置を併設したと
しても、電熱クリーニングの操作の機会及び時間は少な
くて済み、そのための消費電力も少ない。またパティキ
ュレート捕捉により汚染または目詰りしたDPFを気体
流により逆洗する方式を併用する場合においても、逆洗
操作の頻度を顕著に減少することができる。
[0010] Thus, the DPF cleaning apparatus carrying the special catalyst according to the second aspect of the present invention covers a substantial part of the exhaust gas temperature range under the normal operating conditions of the diesel engine with respect to the self-cleaning of the DPF. Can be. However, the cleaning device of this embodiment may extend the DPF cleaning temperature range (especially to a lower temperature side) by supplementarily using the above-mentioned cleaning by known electric heating means and backwashing cleaning by a gas flow, if necessary. , Its practicality can be enhanced. Even if a cleaning device using electric heating means is additionally provided, the opportunity and time for the operation of electric heating cleaning are small, and the power consumption for the operation is small. Also, in the case of using a method of backwashing the DPF contaminated or clogged by particulate capture with a gas flow, the frequency of the backwash operation can be significantly reduced.

【0011】本発明の第三の態様は、DPFの上流側に
貴金属系酸化触媒を設けておき、排気ガスの組成中の一
部の成分、例えばNOx、SOF(有機溶媒可溶性有機
物質)について予め変性してから排気ガスをDPFに流
入させる方式のDPFクリーニング装置である。この第
三の態様の装置は、排気ガスの一部を吸気管へ戻す排気
ガス再循環(EGR)方式ディーゼルエンジンにおい
て、吸気管系に吸気調節バルブを備え;排気管系には排
気ガス再循環通路、排気調節バルブ、貴金属系酸化触
媒、排気ガス中のパティキュレートを濾過除去するため
のDPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)を直
列に備え;エンジンの運転中に、吸気調節バルブによる
吸気量、排気調節バルブによる排気ガス量及びEGRに
よる再循環排気ガス量の少なくとも一つの調節を行っ
て、該貴金属系酸化触媒及びDPFに流入する排気ガス
の温度を制御してDPFへのパティキュレート堆積防
止、あるいはパティキュレートによるDPF目詰り防止
のために適切な酸化雰囲気の条件を形成することを特徴
とするDPFクリーニング装置である。
In a third aspect of the present invention, a noble metal-based oxidation catalyst is provided upstream of the DPF, and some components in the composition of the exhaust gas, for example, NOx and SOF (organic solvent-soluble organic substance) are previously determined. This is a DPF cleaning apparatus of a type in which exhaust gas flows into the DPF after denaturation. The device according to the third aspect is an exhaust gas recirculation (EGR) type diesel engine that returns a part of the exhaust gas to an intake pipe, and includes an intake control valve in an intake pipe system; A passage, an exhaust control valve, a noble metal oxidation catalyst, and a DPF (Diesel Particulate Filter) for filtering and removing particulates in the exhaust gas are provided in series; By controlling at least one of the amount of exhaust gas by the valve and the amount of recirculated exhaust gas by EGR, the temperature of the noble metal-based oxidation catalyst and the exhaust gas flowing into the DPF is controlled to prevent particulate accumulation on the DPF, or A DPF cleaner characterized by forming conditions of an appropriate oxidizing atmosphere to prevent clogging of the DPF. It is a packaging apparatus.

【0012】本発明の第三の態様を説明する前に、DP
Fの上流側に酸化触媒を組合わせて配置して排気ガスを
処理する場合のディーゼルエンジンの通常の条件下にお
ける排気ガスの種々の範囲の温度でのパティキュレート
に対する酸化触媒の作用の概要を述べる。(1)約10
0〜250℃の温度範囲では、パティキュレートの中の
すす(soot)成分は酸化触媒に接触しても燃焼せず
DPFへ向かい、そこで捕捉される。またパティキュレ
ート中の有機溶媒可溶性有機物質(SOF)は酸化触媒
によって部分的に燃焼され、低減される。従って、この
温度範囲では下流側にあるDPFへパティキュレートの
殆どが行き、そこで捕捉される。(2)約250〜45
0℃の温度範囲では、排気ガス中のNOx(例えば、N
O)が酸化触媒によってNO2に酸化される(例えば、
NO+O2⇒NO2)。このNO2が酸化剤として働き、
DPF上に堆積しているパティキュレート(主に、すす
成分)を燃焼させ、これによりDPFがクリーニングさ
れ、再生される(例えば、NO2+C⇒N2+CO2)。
この温度範囲ではSOFは良好に酸化され、低減され
る。(3)約450〜550℃の温度範囲では、上記の
NOx酸化反応が平衡から逆方向に転じて、DPFのク
リーニングのための酸化剤として有用なNO2の生成が
減少し,あるいはNO2がNOx(例えば、NO)へ戻
ってしまう。従って、このように、酸化剤の減少ないし
は不存の下ではすすの燃焼が次第に減少し始め,DPF
上のパティキュレートの除去ができなくなる。(4)約
550℃を超える温度範囲では、パティキュレートは自
己燃焼するので、DPFは自己再生できる。本発明者等
は、DPF上へのパティキュレートの堆積が生じる段
階、すなはち上記の約100〜250℃の温度範囲
(1);及びDPF上に堆積したパティキュレートの燃
焼除去が停止ないし低減される段階、すなはち上記の約
450〜550℃の温度範囲(3)の存在に注目し、こ
れら二つの温度範囲で現れる現象を生じさせないため
に、排気ガスの温度を制御し、上記(1)の温度範囲の
場合には(2)の温度範囲にシフトさせ、そして上記
(3)の温度範囲の場合には(4)の温度範囲にシフト
させることを着想した。
Before describing the third embodiment of the present invention, DP
An outline of the action of the oxidation catalyst on particulates in various ranges of temperature of the exhaust gas under the normal conditions of a diesel engine when treating the exhaust gas by combining and arranging the oxidation catalyst upstream of F will be described. . (1) About 10
In the temperature range of 0 to 250 ° C., the soot component in the particulates goes to the DPF without burning even in contact with the oxidation catalyst, and is captured there. Organic solvent-soluble organic substances (SOFs) in the particulates are partially burned and reduced by the oxidation catalyst. Therefore, in this temperature range, most of the particulate goes to the downstream DPF and is trapped there. (2) About 250-45
In the temperature range of 0 ° C., NOx (eg, N
O) is oxidized to NO 2 by the oxidation catalyst (for example,
NO + O 2 ⇒NO 2 ). This NO 2 acts as an oxidizing agent,
The particulates (mainly soot components) deposited on the DPF are burned, thereby cleaning and regenerating the DPF (for example, NO 2 + C → N 2 + CO 2 ).
In this temperature range, SOF is well oxidized and reduced. (3) In the temperature range of about 450 to 550 ° C., the above-mentioned NOx oxidation reaction turns from equilibrium to the opposite direction, and the production of NO 2 useful as an oxidizing agent for DPF cleaning decreases, or NO 2 is reduced. It returns to NOx (for example, NO). Thus, in this way, soot combustion starts to decrease gradually in the absence or absence of the oxidant, and the DPF
Above particulates cannot be removed. (4) In a temperature range exceeding about 550 ° C., the particulates self-burn, so that the DPF can self-regenerate. The present inventors have determined that the step of depositing particulates on the DPF occurs, that is, the above-mentioned temperature range of about 100 to 250 ° C. (1); and that the burning and removal of the particulates deposited on the DPF is stopped or reduced. Attention is paid to the existence of the above-mentioned temperature range (3) of about 450 to 550 ° C., and the temperature of the exhaust gas is controlled so as not to cause the phenomenon appearing in these two temperature ranges. The idea was to shift to the temperature range of (2) in the case of the temperature range of (1) and shift to the temperature range of (4) in the case of the temperature range of (3).

【0013】従って、本発明の第三の態様は、上記
(1)の約100〜250℃及び(3)の約450〜5
50℃の両温度範囲では、パティキュレートがDPF上
に堆積し、あるいはDPF上に堆積したパティキュレー
トが燃焼除去されないという事実に鑑み、排気ガスの温
度がこのような両範囲内にある時には、吸気調節バル
ブ、排気調節バルブ及びEGRの内の少なくとも一つの
手段を用いて、それぞれの一段上の温度範囲まで[すな
はち、(1)から(2)NO2酸化剤生成段階へ;
(3)から(4)の自己燃焼段階へ]排気ガス温度を上
昇させることにより、パティキュレートがDPF上に堆
積せず、そしてDPF上に堆積しているパテキュレート
が燃焼除去されるようにしたものである。この態様にお
ける排気ガスの温度制御手段の個々の作用に付いては、
説明するまでのないが、EGRによる排気ガス中の炭化
水素分(HC)濃度の増加;吸気調節バルブ及び/また
は排気調節バルブによる排気ガス量の減少;そして触媒
による酸化反応の発熱;の内の少なくとも一つを、本発
明では適宜に使用する。これらの温度制御手段の操作
は、コンピュータで行うことができる。この態様におい
て、場合によっては、酸化触媒を省いても、EGR及び
吸気調節バルブ/排気調節バルブの適切な適用により目
的とする必要な温度制御を行うことが可能であり、この
酸化触媒省略態様は、本発明の第三の態様の一改変態様
である。
Therefore, the third aspect of the present invention relates to (1) about 100 to 250 ° C. and (3) about 450 to 5 ° C.
In both temperature ranges of 50 ° C., in view of the fact that particulates accumulate on the DPF or that particulates deposited on the DPF are not burned off, when the temperature of the exhaust gas is in both these ranges, control valve, with at least one means of the exhaust control valve and EGR, to a temperature range on each one stage [Sunawachi, (1) from (2) NO 2 oxidant to generate phase;
From (3) to the self-combustion stage of (4)] By increasing the exhaust gas temperature, the particulates do not deposit on the DPF, and the particulates deposited on the DPF are burned off. Things. Regarding the individual actions of the exhaust gas temperature control means in this embodiment,
Although not described, EGR increases the concentration of hydrocarbons (HC) in the exhaust gas; decreases the amount of exhaust gas by the intake control valve and / or the exhaust control valve; and generates heat in the oxidation reaction by the catalyst. At least one is appropriately used in the present invention. The operation of these temperature control means can be performed by a computer. In this embodiment, in some cases, even if the oxidation catalyst is omitted, the required necessary temperature control can be performed by appropriate application of the EGR and the intake control valve / exhaust control valve. This is a modification of the third embodiment of the present invention.

【0014】図3は、本発明の第三の態様による具体的
装置の一例の概略図である。図3に示した装置では、、
ディーゼルエンジン1からマニホルドを経て排気管2が
延び、その途中からEGR管3が分岐し、エンジンの吸
気管16へ戻りEGR通路を形成しいている。EGR管
は、途中にEGR調節バルブ4を備えている。エアクリ
ーナ17からエンジンへ向かう吸気管16は、EGR返
還位置の上流側に吸気調節バルブ5を備えている。EG
R管を分岐させた後、排気管は更に延びて、その途中に
排気調節バルブ6、温度センサ10を備え、それらの下
流のところで、断面積を増大させて、貴金属系酸化触媒
8及びDPF9を内蔵し、最後に消音マフラ(図示せ
ず)を備えている。排気ガスの温度を検出している温度
センサ10の検知データは、コンピュータ12へ送られ
る。コンピュータは、その温度値に応じて、EGR調節
バルブ4、吸気調節バルブ5、排気調節バルブ6の内の
少なくとも一つ、あるいは適切な組合わせを作動させる
出力信号を送り出して、前述のような温度範囲1(約1
00〜250℃)から温度範囲2(約250〜450
℃:酸化によるDPF浄化段階)へのシフト、ならびに
温度範囲3(約450〜550℃)から温度範囲4(自
己燃焼段階)へのシフトを行う。参考のために、排気ガ
ス温度データによるコンピュータ制御のフローチャート
の一例を図9に例示する。図中の温度値は例示であり、
限定的な値ではない。
FIG. 3 is a schematic diagram of an example of a specific device according to the third aspect of the present invention. In the device shown in FIG.
An exhaust pipe 2 extends from the diesel engine 1 via a manifold, and an EGR pipe 3 branches off along the way to return to an intake pipe 16 of the engine to form an EGR passage. The EGR pipe includes an EGR control valve 4 on the way. An intake pipe 16 extending from the air cleaner 17 to the engine includes an intake control valve 5 upstream of the EGR return position. EG
After branching off the R pipe, the exhaust pipe further extends, and is provided with an exhaust control valve 6 and a temperature sensor 10 in the middle thereof, and the cross-sectional area thereof is increased downstream of them to remove the noble metal-based oxidation catalyst 8 and the DPF 9. A muffler (not shown) is provided at the end. The detection data of the temperature sensor 10 that detects the temperature of the exhaust gas is sent to the computer 12. The computer sends an output signal for operating at least one of the EGR control valve 4, the intake control valve 5, and the exhaust control valve 6, or an appropriate combination according to the temperature value, and outputs the temperature as described above. Range 1 (about 1
00 to 250 ° C.) to temperature range 2 (about 250 to 450
C: Shift to DPF purification stage by oxidation) and shift from temperature range 3 (about 450-550 ° C) to temperature range 4 (self-combustion stage). An example of a flowchart of computer control based on exhaust gas temperature data is illustrated in FIG. 9 for reference. The temperature values in the figure are examples,
Not a limiting value.

【0015】この第三の態様の好ましい別の具体例にお
いては、酸化触媒及びDPFより上流のところに、DP
Fの目詰りの度合、あるいはその汚染度を検知するため
に圧力センサを備えておきその検出データをコンピュタ
ー12へ送り、大気圧に比較して排気管内の排気ガス圧
が、予め定めた許容範囲内の所定の値、例えば200m
mHg,を超えたことが検知された時に、EGR調節バ
ルブ、吸気調節バルブ、排気調節バルブの少なくとも一
つ、あるいは適当な組合わせを作動させて上記の排気ガ
スの温度シフトを行うこともできる。参考のために上記
の圧力データによるコンピュータ制御の場合のフローチ
ャートの一例を図10に例示する。図中の圧力値は、例
示であり、限定的ではない。
[0015] In another preferred embodiment of this third aspect, upstream of the oxidation catalyst and DPF, DP
A pressure sensor is provided to detect the degree of clogging of F or the degree of contamination thereof, and the detection data is sent to the computer 12 so that the exhaust gas pressure in the exhaust pipe is lower than the atmospheric pressure by a predetermined allowable range. Predetermined value, for example, 200 m
When it is detected that the pressure exceeds mHg, at least one of the EGR control valve, the intake control valve and the exhaust control valve, or an appropriate combination thereof may be operated to perform the exhaust gas temperature shift. FIG. 10 shows an example of a flowchart in the case of computer control based on the above pressure data for reference. The pressure values in the figures are illustrative and not limiting.

【0016】このような具体例では、さらにはDPFク
リーニング操作実施の判断基準として、排気ガスの温度
パラメーターに加えて圧力パラメーターを採用すること
もでき、所定の排気ガス圧力が検出されるまでクリーニ
ング操作実施開始を延期する制御を行えば、一般にDP
Fクリーニングの頻度が低減するという実用上の利点が
ある。これらの場合に、圧力センサからの圧力値データ
によりDPFクリーニング操作完結点が判断され、コン
ピュターからの操作停止信号が出される。
In such a specific example, as a criterion for performing the DPF cleaning operation, a pressure parameter in addition to the temperature parameter of the exhaust gas may be adopted, and the cleaning operation is performed until a predetermined exhaust gas pressure is detected. If control to postpone the start of implementation is performed, generally DP
There is a practical advantage that the frequency of F cleaning is reduced. In these cases, the completion point of the DPF cleaning operation is determined based on the pressure value data from the pressure sensor, and an operation stop signal is output from the computer.

【0017】本発明の第三態様において使用する酸化触
媒は、貴金属、例えば白金(Pt)、パラジウム(P
d)を担体、例えばアルミナに担持させてなり、実際に
は水溶性貴金属化合物、アルミナZ粉末及びバインダー
(例えばアルミナゾル、シリカゾル)を水と均質に混合
して水性スラリーとなし、これに耐火性セラミック(例
えば、コージェライト製)ハニカム担体を浸漬し、引き
揚げ、乾燥し、焼成する、公知のディップコート法によ
って製造することができる。
The oxidation catalyst used in the third embodiment of the present invention is a noble metal such as platinum (Pt), palladium (P
d) is supported on a carrier, for example, alumina. In practice, a water-soluble noble metal compound, alumina Z powder and a binder (for example, alumina sol, silica sol) are homogeneously mixed with water to form an aqueous slurry. It can be manufactured by a known dip coating method in which a honeycomb carrier (for example, made of cordierite) is dipped, pulled up, dried, and fired.

【0018】本発明の上記第一ないし第三態様の説明
は、排気ガスの一部を再循環通路へ導くのに触媒(NO
x吸蔵触媒または酸化触媒)やDPFの上流側から導入
する場合に付いてなされたが、これらいずれの態様にお
いても、該排気ガス再循環導入口をDPFの下流側に設
けても(図4参照)、本発明の目的、効果が同等に達成
されることが確認された。従って、排気ガス再循環通路
の排気ガス導入口をDPFの下流側に設けることも、本
発明の範囲内である。図4は、排気管系のDPF設置部
分の拡大図であり、DPF9の下流側にEGR管3への
排気ガス導入口を設けた場合を示している。
The description of the first to third aspects of the present invention is based on the description that the catalyst (NO) is used to guide a part of the exhaust gas to the recirculation passage.
x storage catalyst or oxidation catalyst) or when introduced from the upstream side of the DPF. In any of these embodiments, the exhaust gas recirculation introduction port may be provided downstream of the DPF (see FIG. 4). ), It was confirmed that the objects and effects of the present invention were equally achieved. Therefore, providing the exhaust gas inlet of the exhaust gas recirculation passage downstream of the DPF is also within the scope of the present invention. FIG. 4 is an enlarged view of the DPF installation portion of the exhaust pipe system, and shows a case where an exhaust gas inlet to the EGR pipe 3 is provided downstream of the DPF 9.

【0019】本発明の上記のいずれの態様においても、
ディーゼルエンジンに回転センサや負荷センサを取り付
けて、それらからの情報をコンピュータに入力してDP
Fクリーニング装置の操作のための制御出力の確度を向
上することが可能である。
In any of the above aspects of the invention,
Attach rotation sensors and load sensors to the diesel engine, input information from them to a computer,
It is possible to improve the accuracy of the control output for operating the F cleaning device.

【0020】更に本発明は、別のNO2再生型のDPF
クリーニング装置も提供する。すなわち、ディーゼルエ
ンジンからの排気管系内にNOx酸化触媒及びNO2
生型DPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)を
直列に配置して備え、通常はNOx酸化触媒の作用でN
Oxから生成されるNO2の酸化力によりDPF上の捕
集堆積パティキュレートを酸化燃焼により除去するディ
ーゼルエンジンDPFクリーニング装置であって、
(イ)該DPFにおけるパティキュレートのある所定量
以上の過多堆積を該DPFの前後に配置した圧力センサ
で測定される背圧上昇値により検出する手段;(ロ)排
気ガスの温度、NOx濃度等の状態を検出するセンサ手
段;(ハ)上記(イ)及び(ロ)手段の検出信号を入力
されて、DPF上の過多堆積パティキュレートを除去す
るために必要なNO2となるNOxを一時的に増量発生
させるため、かつ該過多堆積パティキュレートの酸化燃
焼除去に適当な温度等の条件を排気ガス中に一時的に発
生させるためにディーゼルエンジンに対する燃料噴射タ
イミングを進角方向またはタイミングを遅らせる方向に
変位設定する指令信号を燃料噴射ポンプに向けて出力
し、このタイミング変位燃料噴射の結果として過多堆積
パティキュレートの除去が完了ないし所望の程度まで終
了した時点を上記圧力センサ手段(イ)からの検出信号
から判定して燃料噴射タイミングを元の通常位に戻す指
令信号を燃料噴射ポンプに向けて出力するエレクトロニ
クス・プロセッサ手段;を備えたことを特徴とする上記
DPFクリーニング装置である。この態様のDPF自体
に酸化触媒を含ませることにより、堆積パティキュレー
トの酸化燃焼を助長し、その除去効果を改善することが
可能である。
The present invention further relates to another NO 2 regeneration type DPF.
A cleaning device is also provided. That is, a NOx oxidation catalyst and a NO 2 regeneration type DPF (diesel particulate filter) are arranged in series in an exhaust pipe system from a diesel engine.
A diesel engine DPF cleaning device for removing trapped and deposited particulates on a DPF by oxidative combustion by oxidizing power of NO 2 generated from Ox,
(A) means for detecting excessive accumulation of particulates in the DPF above a predetermined amount based on a back pressure rise value measured by a pressure sensor disposed before and after the DPF; (b) temperature of exhaust gas, NOx concentration, etc. sensor means for detecting the state; (c) is input to the detection signal of the (i) and (ii) means, temporarily NOx to be NO 2 required to remove the excess particulates accumulated on the DPF In order to temporarily increase the fuel injection timing to the diesel engine or to delay the timing in order to temporarily generate, in the exhaust gas, conditions such as temperature suitable for oxidative combustion removal of the excessively accumulated particulates. To the fuel injection pump, and as a result of this timing displacement fuel injection, Electronics for outputting a command signal for returning the fuel injection timing to the normal position to the fuel injection pump by judging from the detection signal from the pressure sensor means (a) the time when the fuel injection is completed or completed to a desired degree. The DPF cleaning apparatus according to the above, further comprising processor means. By including the oxidation catalyst in the DPF itself in this aspect, it is possible to promote the oxidative combustion of the deposited particulates and improve the removal effect thereof.

【0021】上記のNO2再生型DPFクリーニング装
置の一例を図5に概略図で示す。ディーゼルエンジン5
1から排出された排気ガスは、排気マニホールド52、
排気管53を通り、後続のDPFクリーニング装置本体
54に導入される。DPFクリーニング装置本体54の
内部は、上流側にNOx酸化触媒61を、下流側にパテ
ィキュレート捕集装置であるDPF62を配置した構造
である。排気ガスがDPFクリーニング装置に導入され
ると、まずNOx酸化触媒61を通過し、DPF62で
パティキュレートが捕集され、他の成分は排気管を通じ
て外へ放出される。この際に、排気ガス温度がほぼ20
0〜450℃の領域ではNOx触媒が有効に作用して排
気ガス中のNOx(主としてNO)が酸化されて強酸化
力を有するNO2となる。DPFに捕集され、堆積した
パティキュレートは、この強い酸化力のNO2を利用し
て燃焼除去することができる。
An example of the above-mentioned NO 2 regeneration type DPF cleaning apparatus is schematically shown in FIG. Diesel engine 5
The exhaust gas discharged from 1 is exhaust manifold 52,
It passes through the exhaust pipe 53 and is introduced into the subsequent DPF cleaning device main body 54. The inside of the DPF cleaning device main body 54 has a structure in which a NOx oxidation catalyst 61 is arranged on the upstream side and a DPF 62 which is a particulate collection device is arranged on the downstream side. When the exhaust gas is introduced into the DPF cleaning device, it first passes through the NOx oxidation catalyst 61, and particulates are collected by the DPF 62, and other components are discharged to the outside through an exhaust pipe. At this time, the exhaust gas temperature becomes approximately 20
In the range of 0 to 450 ° C., the NOx catalyst works effectively and NOx (mainly NO) in the exhaust gas is oxidized to NO 2 having a strong oxidizing power. The particulates collected and accumulated in the DPF can be burned and removed by using the strong oxidizing NO 2 .

【0022】本発明では、NO2によるパティキュレー
トの酸化燃焼除去を完全にかつ安定的に行うために、各
種センサを用いてDPF62におけるパティキュレート
の捕集堆積及びDPFの再生の状態を検知し、必要に応
じて(例えばDPFに過度のパティキュレートが堆積し
たとき、あるいはそのような状態が生じつつあると
き)、エンジンの運転状態を(主に燃料の噴射タイミン
グ)を制御して、DPFの再生のため、あるいはDPF
へのパティキュレートの更なる堆積を防止するために、
排気ガスの温度範囲、NO2発生促進及びパティキュレ
ート発生阻止を最適化するものである。DPFクリーニ
ング装置本体54でのパティキュレート捕集量とパティ
キュレート酸化燃焼除去量とのバランスが崩れてDPF
62へのパティキュレートの堆積が増加し始めると、D
PFの前後に配置されている圧力センサ59が背圧上昇
を検出し、その背圧(上昇)値信号がECU/EDU5
5へ送られ、またその他の運転状況を把握し、モニタリ
ングするためのデータ信号も回転センサ56、アクセル
(負荷)センサ57、NOxセンサ58、温度センサ6
0からECU/EDU55へ入力されている(図5参
照)。これらのデータに基づき、ECU/EDU55か
ら、排気ガス温度の最適化(好適には約300〜400
℃の範囲)やNO2の発生の促進を行うために燃料噴射
ポンプ63に対して噴射タイミングの変更(主に進角)
を指示する信号を送る。
In the present invention, in order to completely and stably remove particulates by oxidizing and burning with NO 2 , various sensors are used to detect the state of collection and accumulation of particulates in the DPF 62 and the state of regeneration of the DPF. When necessary (for example, when excessive particulates accumulate in the DPF, or when such a state is occurring), the operating state of the engine (mainly the fuel injection timing) is controlled to regenerate the DPF. Or DPF
To prevent further accumulation of particulates on
It optimizes the temperature range of the exhaust gas, the promotion of NO 2 generation, and the prevention of particulate generation. The balance between the amount of particulates collected and the amount of particulates oxidized and burned off in the DPF cleaning device main body 54 is lost, and the DPF
When the particulate deposition on 62 begins to increase, D
The pressure sensors 59 disposed before and after the PF detect an increase in the back pressure, and the back pressure (rise) value signal is output from the ECU / EDU5.
5 and the data signals for grasping and monitoring other driving conditions are also provided by a rotation sensor 56, an accelerator (load) sensor 57, a NOx sensor 58, and a temperature sensor 6.
0 is input to the ECU / EDU 55 (see FIG. 5). Based on these data, optimization of the exhaust gas temperature (preferably about 300 to 400
(In the range of ° C.) and the injection timing of the fuel injection pump 63 is changed (mainly advanced) to promote the generation of NO 2.
To send a signal.

【0023】上記の制御によりDPFに堆積しているパ
ティキュレートが燃焼し始めると、圧力センサ59及び
温度センサ60が、パティキュレートの燃焼に伴う排気
ガスの温度上昇及び背圧の低下を検知し、ECU/ED
U55がDPF62の再生状況を判断して、必要により
再度エンジンの制御を行いDPFでのパティキュレート
除去が終了したと判断されるまでこのサイクルを繰り返
す。図6に上記ECU/EDU制御の入出力のブロック
図を示す。この図では、種々のセンサ6〜9からの検出
データ信号入力と、それらのデータの分析処理後の燃料
噴射ポンプへの指示信号出力とが表されている。
When the particulates accumulated in the DPF start burning under the above control, the pressure sensor 59 and the temperature sensor 60 detect a rise in the temperature of the exhaust gas and a decrease in the back pressure due to the burning of the particulates. ECU / ED
This cycle is repeated until U55 determines the regeneration status of the DPF 62, controls the engine again if necessary, and determines that particulate removal by the DPF has been completed. FIG. 6 shows a block diagram of the input / output of the ECU / EDU control. This figure shows detection data signal inputs from various sensors 6 to 9 and an instruction signal output to the fuel injection pump after analyzing the data.

【0024】従来のNO2再生型DPFクリーニング装
置では、前述のように可なり限られた温度域において排
気ガス中のNOxを触媒を用いて酸化力の強いNO2
酸化し、発生したNO2により、DPFに捕集され、堆
積したすす(パティキュレート)を燃焼除去しDPFを
再生するものであり、連続再生トラップとも称される
が、必要とされるNO2の発生が排気ガス温度に依存す
るので、例えば約200℃までの低温域ではNOx⇒N
2の変換が抑制され、パティキュレート除去が行われ
ずかつDPFでのパティキュレートの捕集が継続するの
で、ある程度の期間でDPF上のパティキュレートの堆
積量が次第次第に増大してDPFの目詰まりが生じ、そ
こで背圧の過大な上昇が発生し、エンジン運転性能の低
下を引き起こしかねない。
In the conventional NO 2 regeneration type DPF cleaning apparatus, as described above, NOx in exhaust gas is oxidized to NO 2 having strong oxidizing power using a catalyst in a rather limited temperature range, and the generated NO 2 Is used to regenerate the DPF by burning and removing soot (particulates) collected and accumulated in the DPF. Also referred to as a continuous regeneration trap, the required generation of NO 2 depends on the exhaust gas temperature. Therefore, for example, in a low temperature range up to about 200 ° C., NOx → N
Since the conversion of O 2 is suppressed, the particulates are not removed, and the collection of the particulates in the DPF continues, the amount of the particulates deposited on the DPF gradually increases for a certain period of time, and the DPF becomes clogged. Occurs, where an excessive increase in back pressure occurs, which may cause a decrease in engine operating performance.

【0025】上記のような従来技術の欠点と対照的に、
図5及び6に示された本発明のDPFクリーニング装置
では、排気ガス温度が低温域にあり、DPFでのパティ
キュレートの堆積が見込まれる場合には、エンジンの運
転状態を(主に燃料の噴射タイミングを進角方向または
タイミングを遅らせる方向に変位することにより)、パ
ティキュレートの除去に好適な排気ガス条件を生じさせ
るように制御するので、DPF上でのパティキュレート
堆積量の経時的増加を有効に防止でき、従って長期間に
わたるメインテナンスフリーで安定的なDPF性能維持
が可能である。
In contrast to the disadvantages of the prior art described above,
In the DPF cleaning apparatus of the present invention shown in FIGS. 5 and 6, when the exhaust gas temperature is in a low temperature range and the accumulation of particulates in the DPF is expected, the operating state of the engine is changed (mainly by fuel injection). Since the control is performed so as to generate exhaust gas conditions suitable for removing particulates (by displacing the timing in the advance direction or in the direction that delays the timing), it is possible to effectively increase the amount of particulate accumulated on the DPF over time. Therefore, maintenance-free and stable DPF performance can be maintained for a long period of time.

【0026】本発明は、更に別の態様のNO2再生型D
PFクリーニング装置も提供する。すなわち、ディーゼ
ルエンジンからの排気管系内に必要応じて加熱用燃料を
供給する手段;供給された燃料を燃焼させて高温度を得
てNOxを酸化力の高いNO 2に転化させる酸化触媒;
及びパティキュレートを濾過除去するためのNO2再生
型DPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ);を
直列に配置してなるDPFクリーニング装置において、
該酸化触媒にヒータ加熱手段を備えて、流入排気ガスの
温度が該酸化触媒でのNOxのNO2への転化のために
低すぎてDPFクリーニングのために必要な量のNO2
が生じない場合には、該ヒータ加熱手段を作動させて酸
化触媒の温度を上昇させ所要量のNO2を発生させDP
F上に堆積しているパティキュレートの除去を所要の程
度まで行い、かつこれらの操作に際して、エンジンの回
転数センサ、負荷センサ及び排気ガス温度センサからも
たらされるデータ信号を入力され、それらに基づき加熱
用燃料供給のON/OFF及びその供給量調節、ならび
にヒータ加熱のON/OFF及びその加熱強度調節の制
御信号を出力するコンピュータを備えていることを特徴
とする上記DPFクリーニング装置である。本装置で
は、パティキュレートがDPFに到達する以前にヒータ
加熱で燃焼除去されるようにヒータ加熱を制御すること
もできる。上記のDPF自体にパティキュレートの酸化
燃焼を促進する酸化触媒を含ませることもでき、このよ
うな触媒の付加採用によってDPFクリーニング効果を
一層改善することができる。
The present invention relates to a NOTwoRegeneration type D
A PF cleaning device is also provided. That is, Dize
Heating fuel into the exhaust system from the
Means for supplying; burning supplied fuel to obtain high temperature
NOx with high oxidizing power TwoOxidation catalyst to be converted to
For filtering and removing particulatesTwoPlayback
Type DPF (diesel particulate filter);
In a DPF cleaning device arranged in series,
The oxidation catalyst is provided with a heater heating means so that the
Temperature is NOx of NOx in the oxidation catalystTwoFor conversion to
The amount of NO that is too low for DPF cleaningTwo
If no acid is generated, the heater heating means is activated to
The temperature of the catalyst forTwoGenerate DP
Remove particulate matter deposited on F as required
And the engine is turned on during these operations.
From speed sensors, load sensors and exhaust gas temperature sensors
Input data signals and heating based on them
ON / OFF of fuel supply and adjustment of supply amount, and
ON / OFF of heater heating and control of its heating intensity
It is equipped with a computer that outputs control signals
The above DPF cleaning device. With this device
Is the heater before the particulate reaches the DPF
Control heater heating so that it is burned off by heating
Can also. Oxidation of particulates in the DPF itself
Oxidation catalysts that promote combustion can also be included.
DPF cleaning effect by the addition of catalyst
It can be further improved.

【0027】図7に上記の加熱用燃料供給/ヒータ加熱
式のDPFクリーニング装置の一実施例の概略を示す。
ディーゼルエンジン101からの排気管102に加熱用
燃料(一般的には軽油等の炭化水素類)を供給する手段
として燃料供給ポンプ105と燃料供給ノズル113が
取付けられ、その下流側にヒータ加熱手段付き触媒10
7とDPF108が取付けられ更にマフラ109が取付
けられている。コンピュータ111には、エンジンに取
付けられた回転センサ103、負荷センサ104と、排
気管に取付けられた温度センサ114で検出されたデー
タ信号が入力されている。これらの入力データに基づき
コンピュータ111は加熱用燃料供給が必要と判断され
たときには燃料供給ポンプ105に作動指示信号を発
し、またヒータ付き触媒107とその作動のための電流
供給の電源(電池)とに接続されたコントローラ112
に対しても指示信号を発する。この制御は、加熱用燃料
供給のON/OFF及びその供給量、ならびにヒータ加
熱のON/OFF及び加熱強度についてなされる。ヒー
タ付き触媒107は、例えばステンレスシートをコイル
巻きした本体からなり、表面に酸化触媒をコーティング
し、電熱線を備えたものである。DPF108は、前記
のものと同様に例えばコージェライト製あるいはSiC
製のフィルタである。本発明のこの態様のDPFクリー
ニング装置では、排気ガスの温度が低い領域であっても
DPF捕集パティキュレートを燃焼除去することがで
き、DPFの目詰まりを効果的に防止することができ、
その結果として長期間にわたるDPFの良好な性能維持
が可能となる。
FIG. 7 schematically shows an embodiment of the DPF cleaning apparatus of the heating fuel supply / heater heating type.
A fuel supply pump 105 and a fuel supply nozzle 113 are attached as means for supplying a heating fuel (generally, hydrocarbons such as light oil) to an exhaust pipe 102 from the diesel engine 101, and a heater heating means is provided downstream thereof. Catalyst 10
7 and a DPF 108, and a muffler 109 is further mounted. Data signals detected by the rotation sensor 103 and the load sensor 104 attached to the engine and the temperature sensor 114 attached to the exhaust pipe are input to the computer 111. Based on these input data, the computer 111 issues an operation instruction signal to the fuel supply pump 105 when it is determined that fuel supply for heating is necessary, and also supplies a catalyst 107 with heater and a power supply (battery) for current supply for its operation. Controller 112 connected to
Also issues an instruction signal. This control is performed on / off of heating fuel supply and its supply amount, and on / off and heating intensity of heater heating. The heater-equipped catalyst 107 is composed of, for example, a body in which a stainless sheet is coiled, and has a surface coated with an oxidation catalyst and provided with a heating wire. The DPF 108 may be made of, for example, cordierite or SiC
Filter. In the DPF cleaning apparatus according to this aspect of the present invention, the DPF trapping particulates can be burned and removed even in a region where the temperature of the exhaust gas is low, and clogging of the DPF can be effectively prevented.
As a result, good performance of the DPF can be maintained for a long period of time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第一態様のDPFクリーニング装置の
概略図。
FIG. 1 is a schematic view of a DPF cleaning apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の装置のリーン及びリッチ状態とNOx吸
蔵還元触媒出口側のNOx濃度の対時間パターン線図。
FIG. 2 is a time-dependent pattern diagram of the lean and rich states of the apparatus of FIG. 1 and the NOx concentration at the NOx storage reduction catalyst outlet side.

【図3】本発明の第三態様のDPFクリーニング装置の
概略図。
FIG. 3 is a schematic diagram of a DPF cleaning apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図4】DPFの下流側に設けられたEGR管への排気
ガス導入口を示す部分拡大図。
FIG. 4 is a partially enlarged view showing an exhaust gas introduction port to an EGR pipe provided downstream of the DPF.

【図5】本発明によるNO2再生型のDPFクリーニン
グ装置の一態様例の概略図。
FIG. 5 is a schematic view of one embodiment of an NO 2 regeneration type DPF cleaning apparatus according to the present invention.

【図6】図5の装置制御のためのECU/EDU入出力
フローチャート。
FIG. 6 is an ECU / EDU input / output flowchart for controlling the apparatus of FIG. 5;

【図7】本発明によるNO2再生型のDPFクリーニン
グ装置の別の態様例の概略図。
FIG. 7 is a schematic view of another embodiment of the NO 2 regeneration type DPF cleaning apparatus according to the present invention.

【図8】種々の触媒担持DPFのパティキュレート燃焼
開始温度を無担持DPFの値と比較して示すグラフ。
FIG. 8 is a graph showing the particulate combustion start temperatures of various catalyst-supported DPFs in comparison with the values of unsupported DPFs.

【図9】排気ガス温度データによるDPFクリーニング
のコンピュータ制御のフローチャートの一例。
FIG. 9 is an example of a flowchart of computer control of DPF cleaning based on exhaust gas temperature data.

【図10】排気ガス圧力データによるDPFクリーニン
グのコンピュータ制御のフローチャートの一例。
FIG. 10 is an example of a flowchart of computer control of DPF cleaning based on exhaust gas pressure data.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ディーゼルエンジン 2 排気管 3 EGR管 4 EGR調節バルブ 5 吸気調節バルブ 6 排気調節バルブ 7 還元剤供給ポンプ 8 NOx吸蔵還元触媒(または貴金属系酸化触媒) 9 DPF 10 温度センサ 11 NOxセンサ 12 コンピュータ 16 吸気管 17 エアクリーナ 51 ディーゼルエンジン 52 排気マニホールド 53 排気管 54 DPFクリーニング装置本体 55 ECU/EDU 56 回転センサ 57 アクセル(負荷)センサ 58 NOxセンサ 59 圧力センサ 60 温度センサ 61 NOx酸化触媒 62 DPF 63 燃料噴射ポンプ 101 ディーゼルエンジン 102 排気管 103 回転センサ 104 負荷センサ 105 加熱用燃料供給ポンプ 106 燃料(軽油)タンク 107 加熱ヒータ(場合により触媒付き) 108 DPF 109 マフラ 110 ヒータ電源(電池) 111 コンピュータ 112 コントローラ 113 加熱用燃料供給ノズル 114 温度センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Diesel engine 2 Exhaust pipe 3 EGR pipe 4 EGR control valve 5 Intake control valve 6 Exhaust control valve 7 Reducing agent supply pump 8 NOx storage reduction catalyst (or noble metal-based oxidation catalyst) 9 DPF 10 Temperature sensor 11 NOx sensor 12 Computer 16 Intake Pipe 17 Air cleaner 51 Diesel engine 52 Exhaust manifold 53 Exhaust pipe 54 DPF cleaning device main body 55 ECU / EDU 56 Rotation sensor 57 Accelerator (load) sensor 58 NOx sensor 59 Pressure sensor 60 Temperature sensor 61 NOx oxidation catalyst 62 DPF 63 Fuel injection pump 101 Diesel engine 102 Exhaust pipe 103 Rotation sensor 104 Load sensor 105 Heating fuel supply pump 106 Fuel (light oil) tank 107 Heater (possibly with catalyst) 1 8 DPF 109 muffler 110 heater power supply (battery) 111 Computer 112 controller 113 for heating the fuel supply nozzle 114 temperature sensor

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F01N 3/02 321 F01N 3/08 B 4D048 3/08 3/10 A 3/10 3/20 B 3/20 3/28 301C 3/28 301 3/36 B 3/36 F02D 41/04 360A F02D 41/04 360 385Z 385 41/14 310N 41/14 310 41/40 D 41/40 43/00 301H 43/00 301 301K 301N 301T B01D 53/36 102H 104A (72)発明者 茂木 浩伸 東京都日野市日野台3丁目1番地1 日野 自動車工業株式会社日野工場内 Fターム(参考) 3G084 AA01 AA03 BA05 BA09 BA13 BA19 BA20 BA24 BA26 DA10 DA27 EA11 EB01 FA10 FA18 FA27 FA28 FA33 3G090 AA03 BA04 CA01 CA02 CB04 CB11 DA04 DA12 DA18 DA20 EA02 EA06 EA07 3G091 AA02 AA11 AA18 AA28 AB02 AB06 AB09 AB13 BA01 BA04 BA14 BA33 CA03 CA13 CA18 CB02 CB07 CB08 DA01 DA02 DA03 DB10 EA01 EA02 EA07 EA17 EA30 EA32 EA33 FB10 FB12 FB15 FB16 FC02 FC04 FC06 GA06 GB01W GB05W GB10W HA08 HA09 HA14 HA15 HA18 HA36 HA37 HA38 HA42 HA47 HB03 HB05 3G301 HA02 HA04 HA06 HA13 HA15 JA15 JA24 JA25 JA26 JA33 JB09 LA03 LB11 MA01 MA11 MA18 NA06 NA07 NA08 NE01 NE06 NE13 NE14 NE15 PA17B PA17Z PD01B PD01Z PD11B PD11Z PE01B PE01Z PE03B PE03Z PF03B PF03Z 4D019 AA01 BA01 BA02 BA06 BA07 BB06 BC07 CA01 CB04 CB09 4D048 AA14 AB01 AC02 BA10X BA19X BA30X BA34X BA35X BA41X BB02 BD04 CA01 CC27 CC32 CC38 CC53 CD05 CD08 DA01 DA02 DA06 DA07 DA10 EA04 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (reference) F01N 3/02 321 F01N 3/08 B 4D048 3/08 3/10 A 3/10 3/20 B 3/20 3 / 28 301C 3/28 301 3/36 B 3/36 F02D 41/04 360A F02D 41/04 360 385Z 385 41/14 310N 41/14 310 41/40 D 41/40 43/00 301H 43/00 301 301K 301N 301T B01D 53/36 102H 104A (72) Inventor Hironobu Mogi 3-1-1, Hinodai, Hino-shi, Tokyo Fino term in the Hino Plant of Hino Motors, Ltd. 3G084 AA01 AA03 BA05 BA09 BA13 BA19 BA20 BA24 BA26 DA10 DA27 EA11 EB01 FA10 FA18 FA27 FA28 FA33 3G090 AA03 BA04 CA01 CA02 CB04 CB11 DA04 DA12 DA18 DA20 EA02 EA06 EA07 3G091 AA02 AA11 AA18 AA28 AB02 AB06 AB09 AB13 BA01 BA04 BA14 BA33 CA03 CA13 CA18 CB02 DA03 CB02 DA07 CB02 DA08 EA33 FB10 FB12 FB15 FB16 FC02 FC04 FC06 G A06 GB01W GB05W GB10W HA08 HA09 HA14 HA15 HA18 HA36 HA37 HA38 HA42 HA47 HB03 HB05 3G301 HA02 HA04 HA06 HA13 HA15 JA15 JA24 JA25 JA26 JA33 JB09 LA03 LB11 MA01 MA11 MA18 NA06 NA07 NA08 NE01 NE06 NE13 NE14 NE15 PA17B01ZPD01 PE03Z PF03B PF03Z 4D019 AA01 BA01 BA02 BA06 BA07 BB06 BC07 CA01 CB04 CB09 4D048 AA14 AB01 AC02 BA10X BA19X BA30X BA34X BA35X BA41X BB02 BD04 CA01 CC27 CC32 CC38 CC53 CD05 CD08 DA01 DA02 DA06 DA07 DA10

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】排気ガスの一部を吸気管へ戻す排気ガス再
循環(EGR)方式のディーゼルエンジンにおいて、吸
気管系に吸気調節バルブを備え;排気管系には排気ガス
循環通路、排気調節バルブ、還元剤供給系の内の一つま
たは複数と、NOx吸蔵還元触媒、排気ガス中のパティ
キュレートを濾過除去するためのDPF(ディーゼルパ
ティキュレートフィルタ)を直列に備え;(1)通常の
リーン状態での運転中にNOx吸蔵還元触媒によってN
Oを主としてNO2の形に酸化してその触媒に吸蔵せし
め、さらにこのリーン状態での運転を継続してNOx吸
蔵還元触媒の吸蔵能力をこえて吸蔵させてNO2の破過
を生じるようにして、その破過NO2を酸化剤として作
用させて下流にあるDPF上に捕捉されているパティキ
ュレートを酸化除去し、所望のDPFクリーニングを達
成した時点で、このリーン状態での運転を終了し、
(2)次いで、吸気調節バルブ、EGR、排気調節バル
ブ、還元剤導入の内の一つまたはそれ以上の手段によっ
てリッチ運転状態へと切り替え、そうすることにより既
にNOx吸蔵触媒に吸蔵されているNO 2を還元除去し
てNOx吸蔵触媒を再生させ、その再生が完結した時
に、再び上記の(1)リーン状態下での運転継続及びN
2破過によるDPFクリーニングへ戻り、次いで
(2)のリッチ状態下でのNOx吸蔵還元触媒再生を行
うサイクルを繰り返す、ことを特徴とするNOx吸蔵還
元触媒併置式DPFクリーニング装置。
An exhaust gas returning part of the exhaust gas to an intake pipe.
In a recirculation (EGR) diesel engine,
Equipped with air intake control valve in tracheal system; exhaust gas in exhaust system
One of the circulation passage, exhaust control valve, and reducing agent supply system
Or multiple catalysts, NOx storage reduction catalyst,
DPF (diesel pump)
(1) a normal filter is provided in series;
During operation in the lean state, the NOx storage reduction catalyst
O mainly NOTwoAnd oxidize it into the form of
The operation in this lean state is continued, and NOx is absorbed.
NO by storing more than the storage capacity of the storage reduction catalystTwoBreakthrough of
And the breakthrough NOTwoOxidizer
Patiki captured on DPF downstream
Oxidized and removed to achieve the desired DPF cleaning
At the time of completion, operation in this lean state ends,
(2) Next, the intake control valve, EGR, exhaust control valve
By one or more of the following methods:
To a rich operation state,
NO stored in the NOx storage catalyst TwoTo reduce and remove
To regenerate the NOx storage catalyst and complete the regeneration
Then, (1) the continuation of the operation under the lean state and N
OTwoReturn to breakthrough DPF cleaning, then
The regeneration of the NOx storage reduction catalyst under the rich condition of (2) is performed.
NOx storage / return characterized by repeating a cycle
DPF cleaning device with co-catalyst.
【請求項2】ディーゼルエンジンからの排気ガス中のパ
ティキュレートを濾過除去するために排気管系内に設け
たフィルタ(DPF)自体に捕捉パティキュレートを酸
化燃焼させる触媒を担持させてなるDPFクリーニング
装置において、該触媒が銀;銅とそれらの酸化物;なら
びに銀、銅及びそれらの酸化物とセリアの組合せ;のい
ずれかを含むことを特徴とするDPFクリーニング装
置。
2. A DPF cleaning apparatus in which a filter (DPF) provided in an exhaust pipe system for filtering and removing particulates in exhaust gas from a diesel engine carries a catalyst for oxidizing and burning trapped particulates. , Wherein the catalyst comprises any of silver; copper and their oxides; and a combination of silver, copper and their oxides and ceria.
【請求項3】排気ガスの一部を吸気管へ戻す排気ガス再
循環(EGR)方式のディーゼルエンジンにおいて、吸
気管系に吸気調節バルブを備え;排気管系には排気ガス
再循環通路、排気調節バルブ、貴金属系酸化触媒、排気
ガス中のパティキュレートを濾過除去するためのDPF
(ディーゼルパティキュレートフィルタ)を直列に備
え;エンジンの運転中に、吸気調節バルブによる吸気
量、排気調節バルブによる排気ガス量及びEGRによる
再循環ガス量の少なくとも一つの調節を行って、該貴金
属系酸化触媒及びDPFに流入する排気ガスの温度を制
御してDPFへのパティキュレート堆積防止、あるいは
パティキュレートによるDPF目詰り防止のために適切
な酸化条件を形成することを特徴とするDPFクリーニ
ング装置。
3. An exhaust gas recirculation (EGR) type diesel engine for returning a part of exhaust gas to an intake pipe is provided with an intake control valve in an intake pipe system; an exhaust gas recirculation passage in the exhaust pipe system; Control valve, noble metal oxidation catalyst, DPF for filtering and removing particulates in exhaust gas
(Diesel Particulate Filter) in series; during operation of the engine, at least one of the intake amount by the intake control valve, the exhaust gas amount by the exhaust control valve, and the recirculation gas amount by the EGR is adjusted, and A DPF cleaning apparatus characterized by controlling the temperature of an oxidation catalyst and exhaust gas flowing into a DPF to form appropriate oxidation conditions for preventing particulate deposition on the DPF or preventing DPF from being clogged by the particulate.
【請求項4】排気ガスの一部を吸気管へ戻す排気ガス再
循環(EGR)方式ディーゼルエンジンにおいて、吸気
管系に吸気調節バルブを備え;排気管系には排気ガス再
循環通路、排気調節バルブ、排気ガス中のパティキュレ
ートを濾過除去するためのDPF(ディーゼルパティキ
ュレートフィルタ)を直列に備え;エンジンの運転中
に、吸気調節バルブによる吸気量、排気調節バルブによ
る排気ガス量及びEGRによる再循環ガス量の少なくと
も一つの調節を行って、DPFに流入する排気ガスの温
度を制御してDPFへのパティキュレート堆積防止、あ
るいはパティキュレートによるDPFの目詰り防止のた
めに適切な酸化雰囲気の条件を形成することを特徴とす
るDPFクリーニング装置。
4. An exhaust gas recirculation (EGR) type diesel engine for returning a part of exhaust gas to an intake pipe, comprising an intake control valve in an intake pipe system; an exhaust gas recirculation passage in the exhaust pipe system; Valves and a DPF (Diesel Particulate Filter) for filtering and removing particulates in exhaust gas are provided in series; during operation of the engine, the amount of intake air by the intake control valve, the amount of exhaust gas by the exhaust control valve, and the replenishment by EGR. At least one adjustment of the amount of circulating gas is performed to control the temperature of the exhaust gas flowing into the DPF to prevent particulate accumulation on the DPF, or an appropriate oxidizing atmosphere condition to prevent clogging of the DPF due to the particulate. A DPF cleaning apparatus characterized by forming:
【請求項5】DPFクリーニング実施の判断基準とし
て、DPFに流入する排気ガスの温度値に加えてその圧
力値を採用する請求項4のDPFクリーニング装置。
5. The DPF cleaning apparatus according to claim 4, wherein a pressure value of the exhaust gas flowing into the DPF is employed in addition to a temperature value of the exhaust gas flowing into the DPF as a criterion for performing the DPF cleaning.
【請求項6】排気ガス再循環通路の排気ガス導入口をD
PFの下流側に設けた請求項1、3または4のいずれか
のDPFクリーニング装置。
6. The exhaust gas inlet of the exhaust gas recirculation passage is connected to D
The DPF cleaning device according to claim 1, which is provided downstream of the PF.
【請求項7】該触媒が白金、銀、銅、ならびに白金、
銀、銅及びセリアの組合わせ、のいずれかを含むことを
特徴とする請求項2のDPFクリーニング装置。
7. The catalyst according to claim 1, wherein the catalyst is platinum, silver, copper, and platinum.
3. The DPF cleaning apparatus according to claim 2, wherein the DPF cleaning apparatus includes one of a combination of silver, copper, and ceria.
【請求項8】ディーゼルエンジンからの排気管系内にN
Ox酸化触媒及びNO2再生型DPF(ディーゼルパテ
ィキュレートフィルタ)を直列に配置して備え、通常は
NOx酸化触媒の作用でNOxから生成されるNO2
酸化力によりDPF上の捕集堆積パティキュレートを酸
化燃焼により除去するディーゼルエンジンDPFクリー
ニング装置であって;(イ)該DPFにおけるパティキ
ュレートのある所定量以上の過多堆積を該DPFの前後
に配置した圧力センサで測定される背圧上昇値により検
出する手段;(ロ)排気ガスの温度、NOx濃度等の状
態を検出するセンサ手段;(ハ)上記(イ)及び(ロ)
手段の検出データ信号を入力されて、DPF上の過多堆
積パティキュレートを除去するのに必要なNO2となる
NOxを一時的に増量発生させるため、かつ該過多堆積
パティキュレートの酸化燃焼除去に適当な温度等の条件
を排気ガス中に一時的に発生させるためにディーゼルエ
ンジンに対する燃料噴射タイミングを進角方向または遅
らせる方向に変位設定する指令信号を燃料噴射ポンプに
向けて出力し、このタイミング変位燃料噴射の結果とし
て過多堆積パティキュレートの除去が完了ないし所望の
程度まで終了した時点を上記圧力センサ手段(イ)から
の検出信号から判定して燃料噴射タイミングを元の通常
位に戻す指令信号を燃料噴射ポンプに向けて出力するエ
レクトロニクス・プロセッサ手段;を備えたことを特徴
とする上記DPFクリーニング装置。
8. An N pipe in an exhaust pipe system from a diesel engine.
An Ox oxidation catalyst and a NO 2 regeneration type DPF (diesel particulate filter) are arranged in series, and the trapped and deposited particulates on the DPF are usually generated by the oxidizing power of NO 2 generated from NOx by the action of the NOx oxidation catalyst. A diesel engine DPF cleaning device for removing oxidized combustion by oxidative combustion; (a) a back pressure increase value measured by a pressure sensor disposed in front of and behind the DPF to detect excessive accumulation of particulates in the DPF over a predetermined amount; (B) Sensor means for detecting the state of exhaust gas temperature, NOx concentration, etc .; (c) above (a) and (b)
Is inputted detection data signal means, for thereby temporarily increased generation of NOx as the NO 2 required to remove the excess particulates accumulated on the DPF, and suitable for oxidative combustion removal of該過multi particulates accumulated A command signal is output to the fuel injection pump to set the fuel injection timing for the diesel engine to be advanced or retarded in order to temporarily generate conditions such as high temperature in the exhaust gas. A command signal for returning the fuel injection timing to the normal position is determined by judging from the detection signal from the pressure sensor means (a) a point in time when the removal of the excessively accumulated particulates is completed or completed to a desired degree as a result of the injection. Electronics processor means for outputting to the injection pump; Cleaning equipment.
【請求項9】ディーゼルエンジンからの排気管系内に必
要応じて加熱用燃料を供給する手段;供給された燃料を
燃焼させて高温度を得てNOxを酸化力の高いNO2
転化させる酸化触媒;及びパティキュレートを濾過除去
するためのNO2再生型DPF(ディーゼルパティキュ
レートフィルタ);を直列に配置してなるDPFクリー
ニング装置において、該酸化触媒にヒータ加熱手段を備
えて、流入排気ガスの温度が該酸化触媒でのNOxのN
2への転化のために低すぎてDPFクリーニングのた
めに必要な量のNO2が生じない場合には、該ヒータ加
熱手段を作動させて酸化触媒の温度を上昇させ所要量の
NO2を発生させDPF上に堆積しているパティキュレ
ートの除去を所要の程度まで行い、かつこれらの操作に
際して、エンジンの回転数センサ、負荷センサ及び排気
ガス温度センサからもたらされるデータ信号を入力さ
れ、それらに基づき加熱用燃料供給のON/OFF及び
その供給量調節、ならびにヒータ加熱のON/OFF及
びその加熱強度調節の制御信号を出力するコンピュータ
を備えていることを特徴とする上記DPFクリーニング
装置。
9. means for supplying a fuel for heating as required into the exhaust pipe system of a diesel engine; oxidation to convert the NOx to give a high temperature by burning the supplied fuel to a high oxidative NO 2 In a DPF cleaning apparatus in which a catalyst; and a NO 2 regeneration type DPF (diesel particulate filter) for filtering and removing particulates are arranged in series, the oxidation catalyst is provided with a heater heating means, and a heater for heating the inflow exhaust gas is provided. Temperature is N of NOx in the oxidation catalyst.
If the conversion to O 2 is too low to produce the required amount of NO 2 for DPF cleaning, the heater heating means is activated to raise the temperature of the oxidation catalyst to reduce the required amount of NO 2 . The generated and accumulated particulates on the DPF are removed to a required degree, and in these operations, data signals from an engine speed sensor, a load sensor, and an exhaust gas temperature sensor are input and input to them. The DPF cleaning apparatus according to claim 1, further comprising a computer which outputs a control signal for ON / OFF of heating fuel supply and adjustment of a supply amount thereof, and ON / OFF of heater heating and adjustment of heating intensity thereof.
【請求項10】NO2再生型DPFがパティキュレート
の酸化燃焼を促進する触媒を担持していることを特徴と
する請求項8または9のいずれかのDPFクリーニング
装置。
10. The DPF cleaning apparatus according to claim 8, wherein the NO 2 regeneration type DPF carries a catalyst that promotes the oxidative combustion of the particulates.
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